大力推進中國高品質(zhì)球團礦生產(chǎn)與發(fā)展

許滿興

(北京科技大學，北京 100083)

0 引言

近幾年來中國球團礦生產(chǎn)有了一個良好的發(fā)展勢頭，如2019年5月至6月，首鋼京唐公司第2，第3條年產(chǎn)400萬t的帶式焙燒機球團生產(chǎn)相繼順利投產(chǎn)，河鋼樂亭鋼鐵公司兩條年產(chǎn)480萬t的帶式焙燒機建設快馬加鞭的在進行，去年年底，福建三鋼年產(chǎn)240萬t的帶式球團生產(chǎn)線投產(chǎn)，柳鋼搬遷工程廣西防城港400萬t帶式機球團生產(chǎn)線的建設在加快進行，四川山西等省多條中小型帶式焙燒機球團在規(guī)劃籌建。唐山磁石礦冶科貿(mào)公司由平燒技改為帶式機球團多條生產(chǎn)線項目在各地推進中，一個調(diào)整爐料結構，提高球團礦配比，正在成為高爐煉鐵的新動向，不僅要大力推進中國球團礦的發(fā)展而且重在大力發(fā)展高品質(zhì)球團礦，實現(xiàn)以高品質(zhì)球團礦為主的爐料結構，取代近幾十年來中國以高堿度燒結礦為主的爐料結構，以解決高爐煉鐵燃料比居高不下，近20年來徘徊在530～540 kg/t的卡脖子問題，開啟中國高爐煉鐵綠色發(fā)展高質(zhì)量智能發(fā)展的新篇章。

1 調(diào)整中國以燒結礦為主的爐料結構勢在必行

1.1 背景

中國高爐煉鐵的爐料結構，自20世紀80年代初起就開始形成高堿度燒結礦為主搭配部分酸性爐料的結構，取代了60年代到70年代100%的自熔性燒結礦的爐料結構，這種爐料結構在中國已實施了近40年的時間，近40年來鋼鐵工業(yè)發(fā)展的歷程證明了這種爐料結構對改革開放40年鋼鐵工業(yè)的高速發(fā)展起了積極的作用，既有它的突出優(yōu)勢，也有它的弊端和問題。

1.2 以高堿度燒結礦為主搭配部分酸性爐料結構的優(yōu)勢

中國高爐煉鐵近40年來實施的爐料結構，以高堿度燒結礦為主搭配部分酸性爐料(酸性球團礦+塊礦)，這種爐料結構的優(yōu)勢在于它既發(fā)揮了高堿度燒結礦優(yōu)良冶金性能的優(yōu)勢，同時又發(fā)揮了酸性爐料高品位和低渣量的優(yōu)勢。這種爐料結構比100%自熔性燒結礦的爐料結構明顯改善了爐料在高爐內(nèi)的行為，多年來對中國高爐冶煉指標起了良好的積極作用。在2001～2010年，高爐的利用系數(shù)由上世紀70年代全國平均1.48 t/m3·d，提高到2.54 t/m3·d的水平，燃料比由上世紀70年代全國平均618.5 kg/t降低到533.7 kg/t的水平。2010年代比上世紀70年代全國高爐年平均利用系數(shù)提高了1.059 t/m3·d,燃料比平均降低了84.8 kg/t[1]?？梢姮F(xiàn)行以高堿度燒結礦為主搭配部分酸性爐料的爐料結構，對中國鋼鐵工業(yè)的快速發(fā)展起過極為重要的積極作用。

1.3 現(xiàn)行以高堿度燒結礦為主爐料結構的短板和問題

現(xiàn)行以高堿度燒結礦為主的爐料結構，由于燒結礦的固結機理是渣相鏈接，其SiO2必須大于4.5%，2.0的堿度，CaO大于9.0%，再加上MgO和Al2O3含量，形成成品礦的含鐵品位多數(shù)在55%～56%的水平，僅有少數(shù)單位達到57%～58%的水平。2001～2018年全國燒結礦全鐵含量平均為55.53%，SiO2含量平均為5.695%.實際上酸性爐料高品位低渣量的優(yōu)勢沒有得到較好的發(fā)揮,多年來中國酸性球團礦的含鐵品位均在62%～63%，SiO2含量均在6%左右的水平，造成近20年來全國入爐礦的含鐵品位平均為57.47%的水平。這種爐料結構與國外的先進指標相比，顯然是入爐礦品位低，渣鐵比高；冶煉效果利用系數(shù)低，燃料比高的結果。近20年來，中國高爐煉鐵的燃料比一直徘徊在530～540 kg/t的水平。2000年～2018年全國高爐煉鐵的燃料比，平均為535.29 kg/t[1]。入爐礦品位低，渣鐵比高，成了中國高爐燃料比降不下來的“卡脖子”問題，這是現(xiàn)行高爐爐料結構的最大短板和問題。

2 新時代球團礦與燒結礦生產(chǎn)成本的對比分析

多年來國內(nèi)鋼鐵界普遍輿論，球團礦比燒結礦價格高，形成中國鋼鐵企業(yè)的高爐料以燒結礦為主，球團礦的配用比例多年來停留在低于20%的水平。2001～2018年中國球團礦的年產(chǎn)量和占爐料的比例列于表1，對球團礦生產(chǎn)成本和質(zhì)量的認識一定程度上影響了中國球團礦生產(chǎn)的發(fā)展。

表1 2001～2018年中國球團礦年產(chǎn)量約占爐料的比例[2]

為了推進高品質(zhì)球團礦的發(fā)展，通過合理計算球團礦和燒結礦的生產(chǎn)成本，正確認識高品質(zhì)球團礦的生產(chǎn)成本是必要的，為此選擇了2018年全國既有球團礦成本核算也有燒結礦成本核算的、具有代表性的6家企業(yè)，對其球團礦和燒結礦的生產(chǎn)成本做了對比分析，其結果列于附表2。

表2 國內(nèi)外幾種球團礦SiO2含量與其冶金性能的關系

3 高品質(zhì)球團礦的內(nèi)涵及其主要原料的開發(fā)途徑

3.1 高品質(zhì)球團礦的內(nèi)涵

高品質(zhì)球團礦是高爐煉鐵的精料，它不該是低品位，高SiO2含量的料，也不該是粒度大而不均勻的料，更不應該是冶金性能差的料，高品質(zhì)球團礦其內(nèi)涵應包括以下三個方面[3]。

1)含鐵品位高，SiO2含量低。含鐵品位應≥65%，SiO2含量≤4%，生產(chǎn)實踐和研究均證明，低品位高SiO2含量的球團礦的冶金性能都比較差，國內(nèi)外幾種球團礦的冶金性能與其SiO2含量的關系列于表2。

SiO2含量對球團礦的冶金性能有決定性的影響，因此球團礦的含鐵品位和SiO2含量是決定球團礦品質(zhì)的關鍵性因素。已有的大量研究說明，球團礦的化學成分對其質(zhì)量的影響除了品位和SiO2含量外，還有堿度、MgO含量和TiO2含量的影響。對球團礦的質(zhì)量而言，在可能的條件下，應爭取生產(chǎn)熔劑性球團(CaO/SiO2=0.8～1.2)，MgO質(zhì)球團(MgO=1.5±0.5%)和低于0.45%的TiO2的球團礦。

2)小而勻的粒度：粒度是球團礦的一項重要質(zhì)量指標，粒度不僅影響焙燒階段的透氣性、干燥速度和產(chǎn)量，還影響能耗。德國的一項研究證明，焙燒8 mm直徑的球團礦是焙燒16 mm直徑能源消耗的42.35%，焙燒過程球團礦的最佳直徑為11 mm[2]。球團礦的直徑不僅影響其產(chǎn)量和能耗，成品球團礦的直徑還影響其入高爐后的煤氣分布、煤氣利用率和煉鐵的燃料比。小而勻的球團礦(10～13 mm)入爐后有利于改善還原性、提高煤氣利用率、降低燃料比。瑞典SSAB3#和4#高爐，采用100%LKAB公司的小而勻的球團礦冶煉，煤氣利用率達到56.5%的水平，實現(xiàn)了噸鐵450 kg燃料比的世界先進水平。2018年中國全國高爐煤氣利用率平均為45.15%，寶鋼高爐的煤氣利用率為51.5%，高爐煤氣利用率的這一差距與爐料的粒度直接相關。

3)良好的高溫冶金性能：高品質(zhì)的球團礦不僅要具有含鐵品位高、SiO2含量低、小而勻的粒度，還應具有良好的高溫冶金性能。日本國早在上世紀八十年代初即提出和制定了平價球團礦的高溫性能方法，并具體規(guī)定了球團礦在進入高爐爐身下部前的還原度要達到70%(≤1 000 ℃的溫度前)，還原膨脹指數(shù)應低于16%，提出軟化開始和熔融開始溫度要高，軟熔區(qū)間要窄。日本新日鐵公司推薦球團礦的開始熔融溫度(TS)>1 300 ℃,開始滴落溫度(Td)<1 470 ℃，熔滴區(qū)間(⊿T)≤170 ℃，最大壓差值(ΔPmax)<150 Pa，熔滴性能總特性值(S值)<166 KPa℃。經(jīng)過近幾十年的實踐證明，新日鐵公司所推薦的球團礦高溫性能指標具有重要推廣價值。球團礦良好的高溫冶金性能才能確保其優(yōu)良的高爐冶煉效果。新日鐵公司同時提出提高球團礦的堿度，降低SiO2含量、添加適量MgO是改善球團礦高溫冶金性能的有效手段。

3.2 發(fā)展高品質(zhì)球團礦主要原料鐵精粉的開發(fā)途徑

生產(chǎn)和發(fā)展高品質(zhì)球團礦的一個重要問題是必須具備有高品質(zhì)的鐵精粉，而中國是一個貧鐵礦國家，冶金礦山生產(chǎn)的鐵精粉不僅鐵品位低而且二氧化硅含量高，要生產(chǎn)含鐵品位≥65%，SiO2含量≤4%并不容易，由此才造成目前中國生產(chǎn)的球團礦含鐵品位大多數(shù)為62%～63%，二氧化硅含量高于6%的水平。中國要發(fā)展高品質(zhì)球團礦這是必須要解決的問題。2000年至2002年，中國幾大礦山通過提鐵降硅的攻關，2003年幾大礦山的鐵精粉和SiO2含量均達到了生產(chǎn)高品質(zhì)球團礦的高含鐵品位和低SiO2含量的要求，具體公關效果列于表3。

表3 中國鞍本和太鋼鐵精粉提鐵降硅的公關效果[4] %

但國內(nèi)鐵精粉的產(chǎn)量滿足不了大力發(fā)展高品質(zhì)球團礦生產(chǎn)的需求，需要大量進口高品質(zhì)的鐵精粉，而國外資源也處于短缺狀態(tài)。中國目前已有企業(yè)開發(fā)找到了解決的辦法，進口品位為53%～60%品位，SiO2含量均在5%以上的燒結鐵礦粉，通過再磨再選可以實現(xiàn)品位≥67%, SiO2≤2%的鐵精粉，加工成本每噸不超過28元，而且已經(jīng)實現(xiàn)了年產(chǎn)1 000萬t的水平，通過以上討論，中國大力生產(chǎn)和發(fā)展高品質(zhì)球團礦的原料問題可以得到解決。

4 大力推進高品質(zhì)球團礦生產(chǎn)對高爐煉鐵的價值

1)高品質(zhì)球團礦品位高，SiO2低，用于高爐煉鐵噸鐵礦耗低，渣鐵比低，有利于節(jié)能減排，有利于提高高爐產(chǎn)量，降低燃料比消耗。鐵品位66%的球團礦，每噸鐵用礦僅需要1 400 kg；而采用57%品位的燒結礦，冶煉一噸生鐵需要用燒結礦1 667 kg，冶煉一噸鐵高品位球團礦比燒結礦減少267 kg礦。高品質(zhì)球團礦冶煉一噸生鐵的渣量為168 kg，消耗燃料為460 kg/t，而用57%品位的燒結礦冶煉一噸生鐵渣量達到320 kg，燃料消耗為530 kg，同樣冶煉一噸生鐵可降低燃料比70 kg。

青海漢話大多是將[tala]置于時間名詞之后、動詞之前，表示動作行為的“終止”，或者行為動作達到的“界限”，蒙古語則是將[tala]接綴在動詞詞干上，同樣表示行為的“終止”或行為延續(xù)結束的“界限”。例如：

2)高品質(zhì)球團礦因強度高，粒度小而勻，用于高爐冶煉有利于高爐煤氣流合理分布，提高爐料的還原性，有利于提高煤氣利用率，降低燃料比。瑞典SSAB高爐采用100%高品質(zhì)球團礦冶煉，煤氣利用率高達56.5%，燃料比為450～452 kg/t，2018年中國高爐煤氣利用率為45.15%，寶鋼高爐煤氣利用率為51.5%，1%的煤氣利用率影響燃料比5 kg/t，這一差距與爐料的粒度和還原性直接相關。

3)高品質(zhì)球團礦優(yōu)良的冶金性能有利于改善高爐上下部的透氣性，有利于爐況穩(wěn)定和改善高爐操作指標，國內(nèi)外球團礦質(zhì)量和爐料結構與高爐操作指標的關系對比列于表4。

由表2和表4的數(shù)據(jù)對比可見，球團礦的質(zhì)量(主要是品位和SiO2含量)和爐料結構是高爐操作指標優(yōu)劣的決定性因素。發(fā)展高品質(zhì)球團礦生產(chǎn)的目的，主要在于改變現(xiàn)行的以燒結礦為主的爐料結構，形成新時代以高品質(zhì)球團礦為主的爐料結構，解決長期以來中國高爐煉鐵燃料比一直徘徊在530～540 kg/t的“卡脖子”問題，開創(chuàng)中國低燃料比高爐煉鐵的新局面。

表4 國內(nèi)外球團礦質(zhì)量和爐料結構與高爐操作指標的關系對比

5 結語

由以上討論和分析可以得出以下幾點結論性意見：

1)以燒結礦為主的爐料結構，對改革開放以來鋼鐵工業(yè)的快速發(fā)展起了重要的積極作用。但其入爐礦品位低，渣鐵比高是中國高爐煉鐵燃料比近20年來一直徘徊在530～540 kg/t“卡脖子”的問題所在。

2)未來的以高品質(zhì)球團礦為主的爐料結構，入爐礦品位高，渣鐵比低，用于高爐冶煉燃料比低，以其取代燒結礦為主的爐料結構勢在必行。

3)品位和SiO2含量是球團礦質(zhì)量的基礎因素，高品位，低SiO2，小而勻的粒度和優(yōu)良冶金性能是高品質(zhì)球團礦的主要內(nèi)涵。

4)中國的選礦技術，生產(chǎn)高品位，低SiO2的鐵精粉已成熟過關，對進口普通鐵礦粉經(jīng)再磨再選，能生產(chǎn)出滿足生產(chǎn)高品質(zhì)球團礦對鐵精粉的要求。

5)含鐵品位高，SiO2低的高品質(zhì)球團礦是新時代中國高爐煉鐵實現(xiàn)綠色發(fā)展高質(zhì)量發(fā)展低燃料比的關鍵舉措。

6)小而勻粒度的高品質(zhì)球團礦在高爐內(nèi)煤氣流分布均勻，還原性好，是高爐煉鐵提高煤氣利用率，降低燃料比的重要條件。

7)高品質(zhì)球團礦，良好的冶金性能，在高爐內(nèi)上下部阻力損失小，透氣性好，是高爐煉鐵獲得順行高產(chǎn)低燃料比的關鍵因素。

附錄：新時代球團礦與燒結礦生產(chǎn)成本的對比與分析表

續(xù)表